Des chercheurs démontrent une détection sensible du plomb avec des puces microfluidiques à base de bois

Le nouveau dispositif offre une méthode durable et peu coûteuse pour détecter le plomb dans l’eau

Des chercheurs ont mis au point une puce microfluidique à base de bois qui peut détecter le plomb dans l’eau en utilisant deux méthodes différentes. Cette nouvelle puce pourrait constituer un moyen économique et écologique de surveiller la pollution de l’eau par le plomb et d’autres métaux lourds.

« La pollution par les métaux lourds, en particulier la pollution par le plomb, constitue une menace sérieuse pour l’environnement et la santé humaine« , a déclaré Chen Li, chef de l’équipe de recherche de l’Université des sciences et technologies de Shaanxi, en Chine. « Alors que les équipements de détection traditionnels sont coûteux et dépendent de réactifs toxiques, le bois est peu coûteux et biodégradable et présente des avantages en matière de manipulation des fluides. Nos puces microfluidiques à base de bois démontrent que des matériaux renouvelables peuvent être utilisés pour une détection de haute précision, ce qui pourrait conduire à de nouvelles avancées dans les technologies de surveillance environnementale. »

Dans le journal Optica Publishing Group d’Applied Optics, les chercheurs décrivent leur nouvelle puce, qui utilise à la fois les micro-ondes et la spectroscopie colorimétrique pour détecter la concentration de plomb dans l’eau. Leurs résultats expérimentaux ont montré que la puce microfluidique est suffisamment sensible pour permettre des alertes précoces en cas de contamination par le plomb et permettre une surveillance efficace.

« À l’avenir, les puces à bois portables pourraient être utilisées pour détecter rapidement la qualité de l’eau à la maison, évitant ainsi le risque d’empoisonnement par le plomb« , a ajouté Yicheng Lyu, un membre de l’équipe de recherche. « Elles pourraient également être utilisées par les services de protection de l’environnement pour surveiller plus efficacement les sources de pollution ou par les usines pour contrôler en temps réel la teneur en plomb des eaux rejetées. »

Des puces de bois qui fonctionnent

Les puces biofluidiques traditionnelles sont généralement fabriquées en plastique ou en verre, qui ne sont pas facilement accessibles dans la nature et qui ne se décomposent pas facilement. « Le bois présente des avantages tels qu’un faible coût et des microstructures naturelles comprenant des régions hydrophiles et hydrophobes, qui peuvent aider à contrôler l’écoulement des fluides« , a précisé M. Li. « Cependant, il a rarement été utilisé dans les puces microfluidiques auparavant. »

Pour savoir si le bois pouvait être une bonne alternative pour cette application, les chercheurs ont fabriqué des puces microfluidiques en utilisant un laser pour sculpter des canaux fluidiques dans le bois. Ces canaux permettent des fonctions telles que la filtration et les réactions chimiques. En optimisant soigneusement les paramètres du laser, tels que la puissance et la vitesse de gravure, ils ont sculpté avec précision les microcanaux sans carboniser ou déformer le bois.

Lorsque l’eau s’écoule à travers la puce, les ions de plomb de l’eau réagissent avec un réactif chimique dans le canal microfluidique, provoquant un changement de couleur du jaune au rose qui peut être lu par une caméra ou un spectromètre. Pour la détection des micro-ondes, la puce est également dotée d’un circuit d’antenne miniature qui émet un signal différent lorsque des ions de plomb sont fixés.

La détection du plomb est naturelle

Pour tester le dispositif, les chercheurs ont préparé des solutions de plomb avec des concentrations allant de 1 à 10 000 microgrammes par litre. Grâce à la détection spectrale des couleurs, la puce a pu détecter des concentrations de plomb aussi faibles que 1 microgramme par litre. Avec la détection par micro-ondes, les chercheurs ont observé que des concentrations de plomb plus élevées étaient liées à un changement plus évident du signal du circuit, avec une concentration minimale détectable de 10 microgrammes par litre.

« L’utilisation de la détection spectrale et par micro-ondes nous permet de porter un jugement préliminaire à l’œil nu et d’effectuer des mesures précises à l’aide d’instruments, ce qui garantit la fiabilité des résultats« , a conclu M. Lyu. « L’appareil est suffisamment sensible pour, par exemple, confirmer que les niveaux de plomb dans l’eau potable sont inférieurs à la directive de l’Organisation mondiale de la santé de 10 microgrammes par litre. »

Par la suite, les chercheurs prévoient d’étendre la capacité de la puce à détecter davantage de métaux lourds dans l’eau, tels que le mercure et le cadmium, de la rendre plus portable et de la relier à une application pour smartphone afin d’effectuer une analyse en temps réel. Ils souhaitent également améliorer la stabilité de l’appareil dans les environnements humides et affiner le processus de fabrication afin de réduire les coûts et de se préparer à l’analyse de l’eau dans le monde réel.

Article : C. Li, Y. Lyu, H. Li, T. Zhao, S. Ding « Laser-Fabricated Wood-Based Microfluidic Chip Integrating Dual Detection for Lead Ion Detection, » Appl. Opt, 64, 4447-4452 (2025). DOI : 10.1364/AO.560953